Сравнительный анализ применения конструктивных решений компенсации температурных расширений



В данной работе был проведен сравнительный анализ различных конструктивных решений для компенсации температурных расширений в трубопроводных системах и строительных конструкциях. Рассмотрены П-образные, сальниковые и сильфонные компенсаторы.

Ключевые слова: компенсаторы, сальниковый компенсатор, сильфонный компенсатор.

Современным способом продления срока эксплуатации трубопроводных систем является использование компенсаторов. Они помогают предотвратить различные изменения, которые происходят в трубах из-за постоянного перепада температур, давления и разного рода вибраций. Отсутствие компенсаторов на трубах может привести к таким нежелательным последствиям, как изменение длины трубы, ее расширение либо сжатие, что в дальнейшем приводит к прорыву трубопровода. В этой связи проблеме надежности компенсаторов трубопроводов уделяется самое пристальное внимание и осуществляется поиск оптимальных решений по обеспечению технической безопасности компенсационных систем.

Основным документом по компенсаторам считается: РД 3-ВЭП Руководящий документ по применению осевых сильфонных компенсаторов (СК) по техническим условиям ИЯНШ.300260.029ТУ, сильфонных компенсирующих устройств (СКУ) по техническим условиям ИЯНШ.300260.033ТУ, стартовых сильфонных компенсаторов (ССК) по техническим условиям ИЯНШ.300260.035ТУ, сильфонных компенсирующих устройств для стальных трубопроводов с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке по техническим условиям ИЯНШ.300260.043ТУ предприятия ОАО «НПП «Компенсатор» при проектировании, строительстве и эксплуатации тепловых сетей.

Произведём расчет

Зададимся участком тепловой сети протяженностью 45м, с диаметром трубопровода 108х3,5 мм.

Определим максимальную дину прямого участка, по формуле:

где

— площадь поперечного сечении стенки трубы, определяется по формуле:

— допускаемое осевое напряжение трубы;

F — сила трения между грунтом и оболочной трубы.

Результаты расчета заносим в таблицу 1

Таблица 1

Компенсаторы

№ уч-ка	l, м	Dн, м	Dн, мм	S,мм	Атр, мм2	δдоп, н/мм2	F, н/м	Lmax, м	Dн. из
2	45	0,108	108	3,5	1148,455	171,25	7764,527	25,32967	0,217

Из расчета можно определить потребность участка тепловой сети применения конструктивных решений компенсации температурных расширений. Далее приведем сравнения вариантов компенсации возможной в данном случае

1. П- образный компенсатор

Самым распространенным и на первый взгляд простым решением будет использование П- образного компенсатора.

Несомненным плюсом данного вида компенсаторов является то. что не нужно использовать специфические переходники между участками.

Подойдет обычная труба, которую нарезаем на части и сварили в форме П.

Несомненным плюсом является то, что обслуживать этот компенсатор нужно будет как трубу. Также не нужно будет следить за ограничениями внешней и внутренней температуры, как это делается с другими компенсаторами

Недостатки заключаются в потребности тратиться на уголки, дополнительные стойки для трубы. На саму трубу. Для этого компенсатора требуется дополнительное пространство, что в городе трудно реализовать из-за плотности инфраструктуры.

Удлинение плеча такого компенсатора находится по формуле:

Определим вылет «П» образного компенсатора:

Результаты расчета сведем в табл.2.

Таблица 2

П-образные компенсаторы

№ уч-ка	Lmax, м	L1, м	L2, м	ΔL1, м	ΔL2, м	H м
2	22,71297	20,5	20,5	0,050786	0,050786	6,602581

Получаем вылет плеча компенсатора равным 6,6 м

1 погонный метр электросварной трубы диаметром 108х3,5 стоит 720р

Устройство П-образного компенсатора, получившегося по расчету, нам потребуется 9 372 руб

2. Сальниковый компенсатор

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода определяют по формуле:

где — средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · оС), (для типовых расчетов можно принять =1,2· 10ˉ² мм/(м · ^о С).

- расчетный перепад температур, определяемый как разницу между температурой теплоносителя и наружного воздуха. (температура теплоносителя равна 115°С, в то время как средняя температура грунта в отопительный период равняя 2,2 °С)

расстояние между неподвижными опорами (у нас 45 м)

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов, приведен-

ную в табл. 4.13 [4], уменьшают на величину запаса — 50 мм.

Принимаем компенсирующей способностью 250мм

Для столь малого участка трубы установка данного компенсатора не имеет стысла, так как у производителей его цена составляет 16 594 руб. что существенно выше стоимости П- образного компенсатора.

3. Сильфонный компенсатор

Максимальная длина участка Lm, на котором устанавливается один сильфонный компенсатор, рассчитывается по формуле:

где — амплитуда осевого хода сильфонных компенсаторов фирмы АООТ «МЕТАЛКОМП» определяется рисунку 1

Рис. 1. амплитуда осевого хода сильфонных компенсаторов фирмы АООТ «МЕТАЛКОМП»

Принимаем

= 60мм

Данная длинна больше чем длинна нашего участка, это значит что Сильфонный компенсатор фирмы АООТ «МЕТАЛКОМП» полностью удовлетворяет наши потребности в компенсации температурных расширений.

Так же стоимость этого компенсатора в размере 1 шт. без учета доставки выходит в сумму 8 636 р, что дешевле чем стоимость Сальникового и П-образного компенсатора.

Для определения экономической целесообразности проверим стоимость работ по расценке ФЕР 24–01–028–04 и сведем результаты в сводную таблицу 3:

Таблица 3

Итоговая стоимость установки компенсаторов

Критерии	П- образные	Сальниковые	Сильфонные
Стоимость компенсатора	9 372	16 594	8 636
Стоимость работ по установке	212.28	111,71	515,35
Итого:	9584,28	16605,71	9151,32

По результатам расчета га рассмотренном участке тепловой сети самым экономически выгодным является сильфонный компенсатор.

Литература:

1. Расчет характеристик композитного компенсатора/ А. Х. Валиуллин. — Текст: электронный // — Дата публикации: 2016 — Режим доступа: научная электронная библиотека elibrary.ru.
2. Компенсаторы в системах отопления и водоснабжения/ ООО «ТД Маршал» — Текст: электронный // — Дата публикации: 2019 — Режим доступа: научная электронная библиотека elibrary.ru.
3. Некоторые теоретические стороны расчета температурных деформаций подземных бесканальных теплопроводов / Ю. Л. Липовка, В. И. Белиловец — Текст: электронный // — Дата публикации: 2012 — Режим доступа: научная электронная библиотека elibrary.ru.
4. Методика оценки напряженно–деформированного состояния конструкций компенсаторов с гнутыми отводами / А. Х. Габбасова.– Текст: электронный // — Дата публикации: 2022 — Режим доступа: научная электронная библиотека elibrary.ru.